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Negli ultimi anni i veicoli elettrici sono sempre più diffusi, essendo una delle principali alternative ai combustibili fossili per la riduzione delle emissioni. Uno dei principali componenti di questi veicoli è il pacco batteria, che permette di immagazzinare energia elettrica che verrà successivamente fornita per la movimentazione del veicolo e l'alimentazione dei sistemi ausiliari. Le prestazioni di quest'ultimo sono influenzate dalla temperatura, che ha effetti sulla resistenza interna, sulla capacità e sull’ invecchiamento.

Lo scopo di questa tesi, grazie al supporto di Dallara Automobili, è quello di progettare e analizzare il sistema di raffreddamento di diversi accumulatori, progettati considerando diverse tipologie di celle. L'obbiettivo è un dimensionamento efficace che assicuri che il pacco batteria raggiunga un obbiettivo di vita specifico. Le simulazioni sono state condotte conoscendo le grandezze fornite da cicli di test.

Per stimare la temperatura operativa è stato utilizzato un approccio a parametri concentrati per il network termico e fluidodinamico, attraverso il quale è possibile riprodurre ciò che avviene nel circuito di raffreddamento e nel pacco batteria mentre segue un determinato percorso, definito dal ciclo guida selezionato, attraverso simulazioni non stazionarie. Esse sono state condotte utilizzando il codice in-house MuSA, sviluppato dai dipartimenti DIEF e DISMI, sfruttando una logica di programmazione ad oggetti in un ambiente Python3.

Tali tipologie di simulazioni permettono di ridurre il costo computazionale totale, permettendo una più rapida analisi con un sufficiente grado di accuratezza, fondamentale nelle prime fasi di progettazione in cui si vuole determinare quali siano gli elaborati su cui continuare il processo di sviluppo.

Nota l’evoluzione della temperatura delle celle del pacco batteria, per valutare la vita delle celle è stato ricercato un modello di invecchiamento nella letteratura tecnica. Per identificare lo state of health della cella in genere viene utilizzato il rapporto tra la capacità iniziale della cella e quella iniziale. Per ciascun ciclo guida il modello è stato utilizzato per calcolare la riduzione della capacità, quindi per stimare il numero di cicli di scarica prima del raggiungimento della condizione di fine vita.

Per ciascun progetto sono stati simulati i vari cicli guida così da monitorare sia la temperatura del pacco batteria e del sistema di raffreddamento, sia la vita, per poi apportare modifiche qualora gli obbiettivi non fossero stati rispettati. Per ciascuna cella e ciascun range di vita è stato quindi selezionato un layout che rispettasse tuti gli obbiettivi preposti.

Le varie soluzioni sono poi state confrontate per sottolineare le differenze, prendendo in considerazioni i risultati delle simulazioni, il peso e il volume del pacco batteria.

Electric vehicles are becoming more and more popular in recent years, being one of the main alternatives to internal combustion engines to reduce emissions. One of the most important components of this type of vehicles is the battery pack, used to store electric energy that is then provided to electric motors and auxiliary systems. The performance of this element is affected by its operating temperature, that has an influence on its internal resistance, capacity and durability. The scope of this thesis, thanks to the support of Dallara automobili, is to design a cooling system for various accumulators, taking into account different type of cells, in order to make them reach a certain target life. The longevity of the battery pack was estimated by taking into account the current profile and vehicle velocity of four driving cycles. To assess the cell aging process a model has been selected from those described in the technical literature. To identify the state of health of a cell Electric vehicles are becoming more and more popular in recent years, being one of the main alternatives to fossil fuels to reduce emissions. One of the most important components of these vehicles is the battery pack, which stores electric energy that is then provided to the electric motors and auxiliary systems. The performance of this component is affected by its operating temperature, which influences its internal resistance, capacity, and durability. The scope of this thesis, thanks to the support of Dallara Automobili, is to design and analyse the cooling system of different accumulators, designed by taking into account various cell typologies. The goal is to properly dimension it to ensure the battery pack reaches a specific life target. The simulations were conducted using data from different test cycles. To estimate the operative temperature a lumped parameter approach has been used for the thermal and fluid-dynamic network. With this procedure it is possible to reproduced what happens in the cooling system and in the battery pack while the vehicle follows a certain velocity profile, determined by the driving cycle, using an unsteady simulation. Those have been conducted using the in-house code MuSA, developed by the DIEF and DISMI departments, using a object oriented programming logic in a Python3 environment. Lumped parameters simulations allow to reduce the computational costs, allowing for a sufficiently accurate and faster analysis compared to a three dimensional approach. The reduced amount of time is particularly important in the beginning of the design phase in order to selected the most promising projects to develop further. Knowing the temperature evolution of each cell in the battery pack, a model has been selected from those described in the technical literature to assess its durability. To identify the state of health of a cell, the ratio between the actual capacity and the initial capacity is usually considered. For each driving cycle the model was used in order to evaluate the capacity depletion, hence to estimate the number of discharge cycles the battery could sustain before reaching the end-of-life criterion. For each project all the driving cycles assigned to the specified target were simulated in order to monitor both the temperature of the battery pack and cooling system, and the achievable life. If the objectives were not met, the project was modified accordingly. For each life target and each cell type a definitive layout that was able to meet all the goals was selected. The different solutions have been compared to point out the differences, taking into account the results of the simulations, the battery pack weight and volume.